- •МАТЕМАТИКА
- •ПЛАНЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Раздел. I. ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА
- •Тема 1. Линейная алгебра
- •1.1. Вычисление определителей
- •1.1.1. Типовые примеры
- •1.1.2. Контрольные вопросы
- •1.1.3. Практические задания
- •1.2. Действия над матрицами
- •1.2.1. Типовые примеры
- •1.2.2. Контрольные вопросы
- •1.2.3. Практические задания
- •1.3. Решение систем линейных алгебраических уравнений.
- •1.3.1. Типовые примеры
- •1.3.2. Контрольные вопросы
- •1.3.3. Практические задания
- •Тема 2. Векторная алгебра
- •2.1. Векторы. Линейные операции над векторами.
- •2.1.1. Типовые примеры
- •2.1.2. Контрольные вопросы
- •2.1.3. Практические задания
- •2.2. Произведения векторов
- •2.2.1. Типовые примеры
- •2.2.2. Контрольные вопросы
- •2.2.3. Практические задания
- •2.3. Комплексные числа
- •2.3.1. Типовые примеры
- •2.3.2. Контрольные вопросы
- •2.3.3. Практические задания
- •Тема 3. Аналитическая геометрия
- •3.1. Основные задачи аналитической геометрии
- •3.1.1. Типовые примеры
- •3.1.2. Контрольные вопросы
- •3.1.3. Практические задания
- •3.2. Кривые второго порядка
- •3.2.1. Типовые примеры
- •3.2.2. Контрольные вопросы
- •3.2.3. Практические задания
- •Раздел. II. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
- •Тема 4. Предел функции
- •4.1. Элементы теории множеств. Понятие функции
- •4.1.1. Типовые примеры
- •4.1.2. Контрольные вопросы
- •4.1.3. Практические задания
- •4.2. Теория пределов
- •4.2.1. Типовые примеры
- •4.2.2. Контрольные вопросы
- •4.2.3. Практические задания
- •4.3. Предел и непрерывность функции
- •4.3.1. Типовые примеры
- •4.3.2. Контрольные вопросы
- •4.3.3. Практические задания
- •Тема 5. Дифференциальное исчисление
- •5.1. Вычисление производных
- •5.1.1. Типовые примеры
- •5.1.2. Контрольные вопросы
- •5.1.3. Практические задания
- •5.2. Исследование функций на экстремумы и интервалы монотонности
- •5.2.1. Типовые примеры
- •5.2.2. Контрольные вопросы
- •5.2.3. Практические задания
- •5.3. Исследование функций двух переменных
- •5.3.1. Типовые примеры
- •5.3.2. Контрольные вопросы
- •5.3.3. Практические задания
- •Тема 6. Интегральное исчисление
- •6.1. Решение задач на нахождение неопределенных интегралов. Нахождение неопределенных интегралов различными методами
- •6.1.1. Типовые примеры
- •6.1.2. Контрольные вопросы
- •6.1.3. Практические задания
- •6.2. Вычисление определенных интегралов. Приложения определенного интеграла. Исследование сходимости несобственных интегралов
- •6.2.1. Типовые примеры
- •6.2.2. Контрольные вопросы
- •6.2.3. Практические задания
- •7.1. Сходимость знакоположительных рядов
- •7.1.1. Типовые примеры
- •7.1.2. Контрольные вопросы
- •7.1.3. Практические задания
- •7.2. Исследование сходимости знакочередующихся рядов
- •7.2.1. Типовые примеры
- •7.2.2. Контрольные вопросы
- •7.2.3. Практические задания
- •Тема 8. Функциональные ряды
- •8.1. Нахождение интервала и радиуса сходимости степенных рядов
- •8.1.1. Типовые примеры
- •8.1.2. Контрольные вопросы
- •8.1.3. Практические задания
- •Раздел. IV. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА
- •Тема 9. Численные методы
- •9.1. Нахождение корней уравнений итерационным методом
- •9.1.1. Типовые примеры
- •9.1.2. Контрольные вопросы
- •9.1.3. Практические задания
- •9.2. Примеры численного интегрирования
- •9.2.1. Типовые примеры
- •9.2.2. Контрольные вопросы
- •9.2.3. Практические задания
- •9.3. Примеры численного интерполирования
- •9.3.1. Типовые примеры
- •9.3.2. Контрольные вопросы
- •9.3.3. Практические задания
- •Раздел. V. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
- •Тема 10. Случайные события
- •10.1. Задачи на вычисление классической вероятности и относительной частоты
- •10.1.1. Типовые примеры
- •10.1.2. Контрольные вопросы
- •10.1.3. Практические задания
- •Тема 11. Случайные величины
- •11.1. Законы распределения случайной величины
- •11.1.1. Типовые примеры
- •11.1.2. Контрольные вопросы
- •11.1.3. Практические задания
- •Тема 12. Математическая статистика
- •12.1. Методы математической статистики
- •12.1.1. Типовые примеры
- •12.1.2. Контрольные вопросы
- •12.1.3. Практические задания
- •РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Тема 5. Дифференциальное исчисление
5.1.Вычисление производных
5.1.1.Типовые примеры
Пример 5.1.1. Найти производные функций
а) y =(x2 + sin x) ex ; б) y = |
1 − 2x3 . |
|
ln x |
а) Пользуясь правилом дифференцирования произведения и таблицей производных, получим
y′ = (x2 + sin x)′ ex + (x2 + sin x) (ex )′ = (2x + cos x) ex + +(x2 + sin x) ex = ex (2x + x2 + sin x + cos x).
б) Пользуясь правилом дифференцирования частного, получим
|
(1 − 2x3 )′ ln x − (1 − 2x3 ) (ln x)′ |
|
−6x2 |
ln x − |
1 |
− 2x3 |
|||
y′ = |
= |
|
|
x |
|
= |
|||
ln2 x |
|
ln2 x |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
=−6x3 ln x −1 + 2x3 .
xln2 x
Пример 5.1.2. Найти уравнения касательной и нормали к графику функ-
ции y = x2 −3x + 3 в точке с абсциссой x = 2 . |
|
|
||
|
|
0 |
|
|
Решение. Найдем вторую координату точки |
|
|||
y = f (x ) = 22 − 3 2 + 3 =1 |
||||
0 |
0 |
|
|
|
и производную функции y′ = 2x − 3 в точке |
|
|
||
|
′ |
|
|
|
|
y (2) = 2 2 − 3 =1. |
|
||
Следовательно, угловые коэффициенты касательной и нормали равны |
||||
kкас. = y′(2) =1, kнор. = − |
1 |
= −1. |
||
′ |
||||
Уравнение касательной имеет вид |
|
y (2) |
|
|
|
|
|
||
y −1 =1 (x − 2) |
y − x +1 = 0 , |
|||
уравнение нормали имеет вид |
|
|
|
|
y −1 = −1 (x − 2) |
y + x − 3 = 0 . |
|||
|
50 |
|
|
Пример 5.1.3. Найти производные сложных функций: |
|
|
|||||||||||||||
а) y = log3 (x2 +1), б) |
y = 21− |
x , в) |
y = ctg3 (2x) . |
|
|
|
|||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
′ |
|
|
2x |
|
|
|
а) y = log3 (x2 +1) |
y′ = |
|
|
(x2 +1) |
= |
|
|
; |
|||||||||
(x2 +1)ln 3 |
(x2 +1)ln 3 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
−1 |
|
|
б) y = 21− x y′ = 21− x ln 2 (1 − |
x ) = 21− x ln 2 |
|
; |
|
|||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 x |
|
|
в) y = ctg3 (2x) y′ = 3ctg2 (2x) (ctg 2x)′ = |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
2 |
|
−1 |
|
|
′ |
|
|
6ctg2 (2x) |
|
|
|
|
|
|
||
= 3ctg |
|
(2x) sin2 2x |
(2x) |
= − |
|
sin2 2x . |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Пример 5.1.4. Найти производную функции |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
y = (cos x)x . |
|
|
|
|
|
|||||
Решение. Найдем производную, |
используя |
метод |
логарифмического |
дифференцирования.
1)ln y = xln(cos x) ;
2)yy′ = ln(cos x) + cosx x (−sin x) ;
3)y′ = y[ln(cos x) − x tg x] = (cos x)x[ln(cos x) − x tg x] .
Пример 5.1.5. Найти производную третьего порядка y′′′ от функции
y = cos2 x в точке x0 = π4 .
Решение. Найдем производную первого порядка
y′ = 2cos x (−sin x) = −sin 2x .
Продифференцируем еще раз и найдем производную второго порядка
y′′ = (−sin 2x)′ = −2cos 2x .
Дифференцируя третий раз, получим производную третьего порядка y′′′ = (−2cos 2x)′ = 4sin 2x .
51
При x |
= π получим частное значение этой производной |
|
|
|||||||||||||
0 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y′′′ |
= 4sin |
2 |
4 |
= 4 . |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 5.1.6. Найти приращение |
y и дифференциал dy функции y = x2 |
|||||||||||||||
при x = 3 и |
x = 0,2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Найдем приращение функции |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
y = (x + x)2 − x2 = 2x |
x + ( x)2 . |
|
|
|
|||||||||
Так как y′ = 2x , то дифференциал равен dy = 2x x . |
|
|
|
|
||||||||||||
Покажем, что |
y и dy эквивалентны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
y |
|
|
2x x + ( |
x)2 |
|
|
|
x |
=1. |
|
|
|||
|
lim |
|
= |
lim |
|
|
|
|
= |
lim |
1 + |
|
|
|
||
|
|
|
2x x |
|
|
|
|
|||||||||
|
x→0 dy |
|
x→0 |
|
|
|
|
x→0 |
|
2x |
|
|
|
|||
Найдем их значения при x = 3 и |
x = 0,2 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
y = 6 0.2 + (0.2)2 =1.2 + 0.04 =1.24 , dy = 2 3 0,2 =1,2 . |
|
|
|||||||||||||
Нетрудно видеть, что имеет место приближенное равенство |
y ≈ dy . |
|
|
|||||||||||||
Пример 5.1.7. Найти приближенное значение sin 6°. |
|
|
|
|||||||||||||
Решение. Рассмотрим функцию y = sin x . Положим x0 = 0 , x = 6°. Пере- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
6 π |
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
||
ведем градусы в радианы |
x = 180 = 0.1047 и найдем производную y |
= cos x . |
||||||||||||||
|
Тогда получим sin 6° = sin 0° + cos0° 0.1047 = 0.1047 .
Отметим, что по таблицам sin 6° = 0.1045 .
Пример 5.1.8. Вычислить пределы, используя правило Лопиталя.
1) |
lim |
ex −1 |
|
0 |
Л |
lim |
(ex −1)′ |
= lim |
ex |
=1; |
|
|
|
|
||||||
x |
= |
|
= |
|
|
(x)′ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
x→0 |
|
0 |
|
x→0 |
|
|
|
x→0 |
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
tg3x |
|
∞ |
Л |
|
|
3 |
|
|
|
|
3 cos2 x |
|
0 |
|
Л |
|||
2) |
lim |
|
lim |
cos |
2 |
3x = lim |
|
|
||||||||||||
|
= |
|
= |
|
|
|
= |
|
|
= |
||||||||||
|
x→π |
tg x |
|
∞ |
|
x→π |
1 |
|
|
x→π |
cos2 3x |
|
0 |
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
cos2 x |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
52 |
|
|
|
|
|
|
|
Л |
|
6 cos x sin x |
|
0 |
|
3 |
sin 2x |
|
0 |
Л |
|
6 cos 2x |
|
−6 |
|
1 |
|
||
= |
lim |
|
|
= |
|
= lim |
|
|
= |
|
= lim |
|
|
= |
|
= |
|
. |
|
|
cos3x sin3x |
|
sin 6x |
|
cos6x |
−18 |
3 |
||||||||||||
|
x→π 6 |
|
0 |
x→π 3 |
|
0 |
|
x→π 18 |
|
|
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
5.1.2. Контрольные вопросы
1)Сформулируйте определение производной функции в точке.
2)В чем заключается правило дифференцирования по шагам?
3)В чем состоит физический смысл производной?
4)В чем состоит геометрический смысл производной?
5) Запишите уравнения касательной и нормали к графику функции y = f (x) в точке M (x0 , y0 ).
6)Сформулируйте определение сложной функции.
7)Запишите формулу производной сложной функции, состоящей:
8)а) из двух звеньев, б) из трех звеньев.
9)В чем состоит метод логарифмического дифференцирования?
10)Что называется производной второго порядка и как она обозначается?
11)Что называется производной n-го порядка?
12)В чем состоит механический смысл производной второго порядка?
13)Дайте определение дифференциала функции.
14)По какой формуле находится приближенное значение функции?
15)В чем состоит правило Лопиталя вычисления пределов и какие неопределенности оно раскрывает?
5.1.3.Практические задания
5.1.1. Найти производные функций.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
5 |
|
|||||
а) |
y = 3x2 − 5x +1; |
|
б) |
y =2x5 |
− 4 x4 +2,5x2 −0,5; |
|
в) |
y = |
|
|
− |
|
; |
|||||||||||||||
|
|
x2 |
x3 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
x4 |
8 |
|
+ 4 x ; |
|
|
y =3ex −2x3 +4cos x . |
|||||||||
г) |
y =2 + |
3x |
|
+4 |
x − x |
; |
д) |
y = |
|
|
− |
|
|
|
е) |
|||||||||||||
|
8 |
x4 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
5.1.2. Найти производные функций. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
а) |
y =(x2 −1) ex ; |
|
б) |
y = x3 cos x ; |
в) |
y =(x2 + 2x) ln x ; |
||||||||||||||||||||||
г) |
|
+ |
1 |
|
+ x); |
д) |
y = 3x (sin x +1); |
е) |
y = x sin x tg x . |
|||||||||||||||||||
y = x |
|
x |
(1 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ex |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + 2x |
|
|
и) |
y = |
x − 2 |
|
; |
||||||||
ж) |
y = |
|
; |
|
|
|
|
|
з) |
y = sin x |
; |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2x2 −1 |
|||||||||||||||||||||
x2 |
|
|
|
|
|
53
|
5 |
|
л) |
y = |
x + ln x |
; |
|
|
|
x − x2 |
||||
к) |
y = |
|
; |
|
|
м) |
y = |
|
. |
|||||
cos x |
x2 |
|
tg x |
|||||||||||
|
y = x2 arcsin x ; |
о) |
y = |
arcsin x |
; |
|
y = |
|
x2 |
|||||
н) |
1 − x2 |
п) |
|
. |
||||||||||
arctg x |
||||||||||||||
5.1.3. Найти производные сложных функций |
|
|
|
|
|
|
||||||||
а) |
y = sin 2x ; |
б) |
y = e7 x+1; |
|
в) |
y = ln (x2 +1); |
||||||||
г) |
y = (x2 + x +1)3 ; |
д) |
y = cos(x2 − 2x); |
е) |
y =sin (ex ); |
|||||||||
ж) |
y = 2sin x ; |
з) |
y = |
2x2 − x . |
|
|
|
|
|
|
5.1.4. Найти производную функции, воспользовавшись приемом логарифмического дифференцирования:
а) y = (x +1)2 (3x +1)3 , |
|
(x + 2)2 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
||||||
б) y = (x +1)3 , |
|
|
в) |
y = |
|
, |
|
|
|
|||||||||
|
|
x + 3 |
|
|
|
|||||||||||||
г) |
y = |
x |
, |
|
|
д) |
y = xx , |
|
|
е) |
y = (sin x)cos x . |
|
||||||
x2 −1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.1.5. Найти уравнения касательной и нормали к графику функции |
y = f (x) в |
|||||||||||||||||
данной точке: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
а) |
y = 3x2 − 2x +1, x = 0 ; б) y = x2 − 4x, y = −3; |
|
в) y = ln x , x = e . |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
5.1.6. Вычислить производные высших порядков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
а) |
y = x2 −3x + 2, |
y′′ = ? ; |
|
б) |
y =1 − x2 − x4 , y′′′ = ? ; |
|
|
|
||||||||||
в) |
f (x) = (x + |
10) |
6 |
′′′ |
=?; |
г) |
y =3e |
−x |
− 2x |
3 |
+ cos 4x , |
y |
′′′ |
=? ; |
||||
|
, f (2) |
|
|
|
д) |
y = e |
sin x |
, |
d 2 y |
= ? ; |
е) |
||
|
dx2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Найти пределы по правилу Лопиталя: |
|||||||
5.1.7. а) lim |
|
x2 |
|
− x − 2 |
; |
|||
|
x2 |
− 5x + 6 |
||||||
|
|
x→2 |
|
|
y = ln(3x + 2) , y(3) = ? .
б) lim x2 − 3x − 4 .
x→−1 x2 − 4x − 5
54